一种多新能源场站共建共享储能的随机规划方法技术

一种多新能源场站共建共享储能的随机规划方法，（1）建立使用共享储能容量的新能源场站两阶段随机规划问题，其中长周期规划阶段选择储能建设投资成本，短周期运行阶段考虑最优化参与电力市场调度的效益，并建立为单一场站两阶段随机规划；（2）建立多个新能源场站共同分享使用储能设备的系统平衡模型，即电量容量和功率容量约束方程；（3）根据场站之间的排斥性与耦合性目标和约束，建立基于随机均衡的共享储能配置规划决策模型，并设计基于变量补齐的交替方向乘子方法进行求解

【技术实现步骤摘要】
一种多新能源场站共建共享储能的随机规划方法


[0001]本专利技术涉及新能源发电并网领域，更具体的，涉及一种通过共建共享储能以提高新能源场站出力的稳定性和效益的储能规划方法
。

技术介绍

[0002]为实现可持续发展和双碳目标，清洁无污染的新能源发展如火如荼，在我国一次能源消耗占比逐渐提高
。
但是，其出力具有强随机性和波动性，对电网的电力电量平衡带来了极大的挑战，从而对电网的稳定控制和优化调度都提出了更高的要求
。
[0003]当前，在并网优化调度方面，主要可以从主动弃电和配置储能两方面应对新能源出力随机性与波动性
。
主动弃电，即风电场或光伏电站主动弃风弃光，这样的做法降低了能源利用效率和设备的投资收益，造成了自然资源的浪费，不利于节能减排
。
在风力发电和光伏发电等新能源发电机组中，储能一方面能够保证新能源发电的稳定性和连续性，另一方面也可增强电网的柔性与本地消化新能源的能力
。
在风电场当中，储能可以有效提升风电调节的能力，保证风电输出的顺畅性
。
储能在集中式的并网新能源场站中能够加强电力调峰的有效性，而且还可提高电能的质量，电力系统运行的过程中不易出现异常问题
。
但一般面临投资成本高
、
利用经济性不足的问题
。
具体从新能源场站的角度来讲，其单独配置储能，一次性建设投资费用过高，单一场站难以承受
。
而且新能源出力对气候敏感性高，呈现出季节性等特点，这将导致不同运行场景下对储能的利用率也难以得到保证
。
因此，需要一种经济性和可持续性强的综合解决方案，克服场站随机出力环境下单独配置储能成本高
、
利用率无法保证的问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决在随机出力环境下通过共建共享储能提高出力稳定性和效益的储能规划问题，提供一种多新能源场站共建共享储能的随机规划方法
。
[0005]本专利技术的技术方案包括以下步骤：
[0006]1)
建立使用共享储能容量的新能源场站两阶段随机规划，根据共同配储设定，先建立单个新能源场站配储的目标函数，目标函数是包括长短周期优化目标其中长周期规划阶段选择储能建设投资成本，短周期运行阶段考虑最优化参与电力市场调度的效益；
[0007]本专利技术的多新能源场站共建共享储能，储能的核心配置参数为电量容量和功率容量，储能投资建设成本共同分担，周期运行场景时新能源场站可以通过电量容量和功率容量交换，即通过尽可能合理地共享储能资源达到提高发电稳定性和效益的目标
。
定义以一年为长周期，共享储能投资建设利用为
N
年
。
考虑到新能源场站一般预测周期为一日
24
小时
(T
时段
)
，且参与日前市场，可定义一日为短周期即随机运行场景
ω
。
考虑到以小时为单位，小时功率可直接当作小时电量
。
假设参与共建共享储能的新能源场站数量为
I
，可一般性表示光伏电站或风电场
。
在规划决策中，每个新能源场站假设预期分享的长周期储能容量可分为电量容量
S
i
和功率容量
P
i
，其中
i
表示第
i
个新能源场站，而在随机短周期运行场景下，
新能源场站可将长周期储能容量与其他新能源场站短期分享，定义分享的短周期电量容量和功率容量分别表示为
Δ
S
i
，
ω
和
Δ
P
i
，
ω
，因此，所有新能源场站分享的短周期容量必然满足整体的平衡约束
。
通过长短周期的协同随机规划方法，期望得到新能源场站共建共享储能的最佳容量的投资建设方案和运行方法
。
[0008]针对本专利技术提出的共建共享储能规划与运行机制，可基于新能源场站的能量调度方式建立数学模型，新能源场站的目标函数可以归纳为如下两阶段随机规划问题：
[0009][0010]其中
λ
s
为投资建设过程中日化的单位电量容量价格，
λ
p
为投资建设过程中日化的单位功率容量价格，
Ω
表示随机场景集合，
π
ω
表示场景
ω
的发生概率，
λ
s
，
ω
表示随机场景
ω
下与其他场站分享单位电量容量的价格，
λ
p
，
ω
表示随机场景
ω
下与其他场站分享单位功率容量的价格
。
Δ
S
i
，
ω
为场站
i
与其他场站分享的电量容量，该值为正，物理上表示从其他场站获取部分电量容量供自己利用，从而在该场景下其可利用电量容量变为
S
i
+|
Δ
S
i
，
ω
|
，该值为负，物理上表示将其规划容量临时分配部分电量容量给其他场站利用，从而在该场景下其可利用电量容量变为
S
i
‑
|
Δ
S
i
，
ω
|。
Δ
P
i
，
ω
为场站
i
与其他场站分享的功率容量，该值为正，物理上表示从其他场站获取部分功率容量供自己利用，从而在该场景下其可利用功率容量变为
P
i
+|
Δ
P
i
，
ω
|
，该值为负，物理上表示将其规划的功率容量临时分配部分容量给其他场站利用，从而在该场景下其可利用功率容量变为
P
i
‑
|
Δ
P
i
，
ω
|。
因此，
λ
s
S
i
+
λ
p
P
i
表示场站
i
规划长周期储能容量的分担投资建设成本，
λ
s
，
ω
Δ
S
i
，
ω
+
λ
p
，
ω
Δ
P
i
，
ω
表示随机场景下场站
i
与其他场站分享储能容量的成本
。∑
ω
∈
Ω
π
ω
[
λ
s
，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多新能源场站共建共享储能的随机规划方法，其特征包括以下步骤：
1)
建立使用共享储能容量的新能源场站两阶段随机规划，其中长周期规划阶段选择储能建设投资成本，短周期运行阶段考虑最优化参与电力市场调度的效益；建立单个新能源场站在共同配储设定下的优化模型；
2)
建立多个新能源场站共同分享使用储能设备的系统平衡模型，包括电量容量和功率容量约束方程；
3)
根据步骤1和步骤2建立的模型，进行求解：根据场站之间的排斥性与耦合性目标和约束，建立基于随机均衡的共享储能配置规划决策模型，并设计基于变量补齐的交替方向乘子方法进行求解
。2.
根据权利要求1所述的多新能源场站共建共享储能的随机规划方法，其特征在于，所述步骤
1)
基于新能源场站的能量调度方式建立数学模型，新能源场站的目标函数可以归纳为如下两阶段随机规划问题：
Ci
表示新能源场站
i
的目标函数；
Si
表示新能源场站规划电量容量；
Pi
表示新能源场站规划功率容量；其中
λ
s
为投资建设过程中日化的单位电量容量价格，
λ
p
为投资建设过程中日化的单位功率容量价格，
Ω
表示随机场景集合，
π
ω
表示场景
ω
的发生概率，
λ
s
，
ω
表示随机场景
ω
下与其他场站分享单位电量容量的价格，
λ
p
，
ω
表示随机场景
ω
下与其他场站分享单位功率容量的价格；
Δ
S
i
，
ω
为场站
i
与其他场站分享的电量容量，该值为正，物理上表示从其他场站获取部分电量容量供自己利用，从而在该场景下其可利用电量容量变为
S
i
+|
Δ
S
i
，
ω
|
，该值为负，物理上表示将其规划容量临时分配部分电量容量给其他场站利用，从而在该场景下其可利用电量容量变为
S
i
‑
|
Δ
S
i
，
ω
|
；
Δ
P
i
，
ω
为场站
i
与其他场站分享的功率容量，该值为正，物理上表示从其他场站获取部分功率容量供自己利用，从而在该场景下其可利用功率容量变为
P
i
+|
Δ
P
i
，
ω
|
，该值为负，物理上表示将其规划的功率容量临时分配部分容量给其他场站利用，从而在该场景下其可利用功率容量变为
P
i
‑
|
Δ
P
i
，
ω
|
；因此，
λ
s
S
i
+
λ
p
P
i
表示场站
i
规划长周期储能容量的分担投资建设成本；
λ
s
，
ω
Δ
S
i
，
ω
+
λ
p
，
ω
Δ
P
i
，
ω
表示随机场景下场站
i
与其他场站分享储能容量的成本；
∑
ω
∈
Ω
π
ω
[
λ
s
，
ω
Δ
S
i
，
ω
+
λ
p
，
ω
Δ
P
i
，
ω
]
表示场站短周期分享容量的期望成本；分别表示随机场景下日前电力市场回购电价
、
日前电力市场上网电价
、
辅助服务市场上调电价
、
辅助服务市场下调电价；分别表示在日前电力市场的回购电量
、
上网电量
、
上调量和下调量；表示随机场景下短周期参与电力市场调度的成本；实际中成本的负值表示收益；新能源场站在短周期运行时主要以其储能调度特性为主，考虑以下约束
::
S
i
，
min
≤S
i
，
t
，
ω
≤S
i
+
Δ
S
i
，
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志淳，徐爽，崔世常，杨帆，李进扬，雷杨，沈煜，闵怀东，胡伟，朱一峰，方石磊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：